Свойства элементов. d-металлы, часть 1

В задачах 1 - 5 покажите различие в распределении электронов в атомах d- и p- элементов нижеприведенных групп. Совпадают ли у них: а) число валентных электронов (приведите электронные формулы); б) число валентных АО; в) максимальная степень окисления.

№№ п/п
№ группы	III	IV	V	VI	VII
Элементы	Sc и Ga	Ti и Ge	V и As	Cr и Se	Mn и Br

 

В задачах 6 - 9 рассчитайте теплоту образования оксида металла в реакции его восстановления, протекающей по схеме: МеО_(т) + С_(кокс) ® СО_(газ) + Ме_(т), если известны D_rН⁰₂₉₈ и D_fН⁰₂₉₈(СО) = -110,53 кДж/моль. Расчет проведите для стандартных условий, температурную зависимость D_rН⁰₂₉₈ не учитывайте. D_fН⁰₂₉₈(С_(кокс)) примите равным D_fН⁰₂₉₈(С_{(графит)}).

№№ п/п
Ме	Zn	Cu	Cd	Mn
МеО	ZnO	CuO	CdO	MnO2
DrН0298, кДж	240,47	45,47	149,47	300,44

 

В задачах 10 – 12 установите, начиная с какой температуры становится термодинамически возможным процесс получения металла из оксида путем восстановления его водородом по реакции МеО + Н₂ ® Ме + Н₂О_(газ), если S⁰₂₉₈ (Н₂) = 130,52 Дж/моль^.К. Температурную зависимость D_rH⁰ и D_rS⁰ не учитывайте.

№№ п/п	Металл Ме	Оксид МеО	DfH0298 (оксида) кДж/моль	So298 (Ме) Дж/моль.К	S0298 (оксида) Дж/моль.К
	Cu	CuO	-162,0	33,15	42,63
	Cd	CdO	-260,0	51,76	54,8
	Mn	MnO	-385,1	32,0	61,5

 

В задачах 13 – 20 определите число фаз, число компонентов и число степеней свободы для нижеприведенных систем. Составьте уравнения реакций и приведите выражения кинетических констант равновесия для данных систем.

№№ п/п	Система
	ZnO(к), C(к) ® Zn(газ), CO(газ)
	ZnO(к), C(к) ® Zn(к), CO(газ)
	ZnO(к), CO(газ) ® Zn(газ), CO2(газ)
	ZnO(к), CO(газ) ® Zn(к), CO2(газ)
	CuO(к), C(к) ® Cu(к), CO2(газ)
	MnO(к), H2(газ) ® Mn(к), H2O(газ)
	CdO(к), H2(газ) ® Cd(к), H2O(газ)
	CuSO4.5 H2O(к) ® CuSO4(к), H2O(газ)

 

 

В задачах 21 – 32, воспользовавшись значениями стандартных электродных потенциалов, сделайте вывод о возможности вытеснения одного металла другим из раствора его соли. Составьте уравнения реакций. Вывод подтвердите расчетом D_rG⁰₂₉₈ реакции при стандартных условиях.

№№ п/п	Металл	Раствор	№№ п/п	Металл	Раствор
	Zn	Cd(NO3)2		Mn	CuSO4
	Zn	CuSO4		Mn	AgNO3
	Zn	AgNO3		Mn	Zn(NO3)2
	Cd	CuSO4		Cr	CuSO4
	Cd	AgNO3		Cr	Cd(NO3)2
	Mn	Cd(NO3)2		Cr	AgNO3

 

В задачах 33 – 40 определите,возможно ли взаимодействие нижеприведенных металлов с раствором соляной кислоты с выделением водорода в стандартных условиях. Воспользуйтесь значениями стандартных электродных потенциалов металлов, приведенными в таблице приложения. Стандартный электродный потенциал водорода примите равным j⁰_H+/H2 =0 В. Вывод подтвердите расчетом D_rG⁰₂₉₈ реакции.

№№ п/п
Металл	Zn	Cd	Cu	Ag	Mn	Ti	Cr	Au

 

В задачах 41 - 43 рассчитайте стандартную энергию Гиббса образования твердых монохлоридов элементов подгруппы IВ. По результатам расчета сделайте выводы: а) об изменении восстановительных свойств металлов в свободном виде; б) о химической активности металлов; в) о сравнительной устойчивости степени окисления (+1) для меди, серебра и золота. Примите S⁰₂₉₈ (Cl₂) = 222,98 Дж/моль^.К.

№№ п/п	Металл (Ме)	Монохлорид (MeCl)	DfH0298 (MeCl) кДж/моль	S0298 (Me) Дж/моль.К	S0298 (MeCl) Дж/моль.К
	Cu	CuCl	-137,3	33,15	87,01
	Ag	AgCl	-127,1	42,55	96,10
	Au	AuCl	-36,7	47,40	85,17

 

В задачах 44 - 49 пластинка из металла погружена в раствор соли. Через некоторое время масса пластинки изменилась на Δm (г). Составьте уравнение соответствующей реакции. Рассчитайте массу, а также эквивалентное количество вещества (моль экв.), выделившегося на пластинке.

№№ п/п	Металл	Раствор соли	Δm, г	№№ п/п	Металл	Раствор соли	Δm, г
	Zn	CuSO4	2,14		Cd	AgNO3	3,6
	Cu	AgNO3	4,5		Cr	CuSO4	4,2
	Cd	CuSO4	2,3		Mn	CuSO4	2,7

 

В задачах 50 - 56 определите, какие вещества и в какой последовательности будут выделяться на инертных электродах при электролизе раствора смеси солей. Приведите уравнения анодных и катодных полуреакций.

№№ п/п	Состав раствора смеси солей
	ZnSO4, MnSO4, CuSO4
	MnCl2, AgNO3, Zn(NO3)2
	Mn(NO3)2, Cr2(SO4)3, CuSO4
	ZnSO4, MnSO4, AgNO3
	CdSO4, ZnSO4, CuSO4
	CuSO4, MnSO4, Cr2(SO4)3
	AgNO3, ZnSO4, Mn(NO3)2

 

 

В задачах 57 - 62 из четырех нижеприведенных металлов подберите пары, дающие наибольшую и наименьшую ЭДС составленных из них гальванических элементов. Выбор подтвердите расчетом ЭДС и D_rG⁰₂₉₈ гальванического элемента.

№№ п/п
Металлы	Ag, Cu, Al, Sn	Zn, Ag, Cu, Mn	Cd, Cu, Zn, Ag	Cu, Al, Zn, Sn	Ag, Mg, Cu, Zn	Zn, Cd, Al, Cu

 

 

В задачах 63 – 67 по величине стандартных электродных потенциалов и значению D_rG⁰₂₉₈ определите, в каком направлении будут самопроизвольно протекать реакции в нижеприведенных системах.

№№ п/п	Схемы реакций
	Ag0 + Zn2+ ↔ Ag+ + Zn0
	Cu0 + Cd2+ ↔ Cu2+ + Cd0
	Ag0 + Cr3+ ↔ Ag+ + Cr0
	Cd0 + Zn2+ ↔ Cd2+ + Zn0
	Cu0 + Zn2+ ↔ Cu2+ + Zn0

 

В задачах 68 – 74 реакция взаимодействия металла с кислотой протекает по схеме: Ме + HNO₃ → Ме(NO₃)_x + H₂O + NO (или NO₂). (HNO₃ разбавленная или концентрированная). Составьте уравнение реакции, расставьте коэффициенты. Зная массу m (г) вступившего в реакцию металла, рассчитайте объем выделившегося газа (н.у.).

№№ п/п
Металл	Cu	Ag	Zn	Cd	Mn	Cr	Hg
m, г	2,24	4,62	2,63	4,24	2,46	2,72	5,88

 

В задачах 75 – 80 рассчитайте молярную массу эквивалента окислителя в окислительно-восстановительной реакции, если известен продукт его восстановления.

№№ п/п
Окислитель	K2Cr2O7	K2CrO4	K2Cr2O7	KMnO4	KMnO4	KMnO4
Продукт восстановления	Cr2O3	CrCl3	Cr2(SO4)3	MnSO4	MnO(OH)2	K2MnO4

 

В задачах 81 – 87 при обезвоживании кристаллогидрата соли с известной массой m₁ (г) получена известная масса безводной соли m₂ (г). Определите число молекул воды (n) в исходном кристаллогидрате.

№№ п/п	Кристаллогидрат	Обезвоженный кристаллогидрат	Масса кристаллогидрата m1, г	Масса безводной соли m2, г
	ZnCl2.nH2O	ZnCl2	3,590	3,0
	ZnSO4.nH2O	ZnSO4	4,450	2,5
	CdSO4.nH2O	CdSO4	4,676	3,8
	CdCl2.nH2O	CdCl2	2,988	2,4
	CuSO4.nH2O	CuSO4	5,005	3,2
	CuCl2.nH2O	CuCl2	5,324	4,2
	CrCl2.nH2O	CrCl2	4,439	2,8

 

В задачах 88 – 91 найдите массу нитрата серебра, которая потребуется для осаждения хлорид-ионов из раствора соли, если известны объем V и концентрация С раствора соли.

№№ п/п
Соль	[Cr(H2O)6]Cl3	[Cr(H2O)5Cl]Cl2	[Cr(H2O)4Cl2]Cl	CrCl3
V, мл
С, моль/л	0,2	0,1	0,15	0,09

 

В задачах 92 – 97 cоставьте уравнения реакций, которые необходимо провести для осуществления следующих превращений:

Ме ® Ме (NO₃)_x ® Ме (OH)_x ® Ме Cl_x ® [ Ме (NH₃)_x]Cl_z

 

№№ п/п
Mеталл	Cu	Zn	Cd	Mn	Cr	Ti

 

 

В задачах 98 – 110 cоставьте уравнения реакций, протекающих по следующим схемам:

№№ п/п	Схемы
	Mn ® Mn2+ ® MnO4¯ ® MnO2 ® MnO42- ® MnO2
	MnO4¯ ® Mn2+ ® MnO2 ® Mn2+ ® Mn ® Mn2O3
	MnO2 ® MnO4¯ ® MnO42- ® MnO4¯ ® Mn2+
	MnO4¯ ® MnO42- ® MnO2 ® Mn3+ ® Mn2+
	Cr ® Cr3+ ® Cr2O72- ® CrO42- ® Cr2O72- ® Cr3+
	Cr(VI) ® Cr3+ ® Cr2+ ® Cr0
	Cu ® Cu(NO3)2 ® Cu(OH)2 ® CuSO4 ® [Cu(NH3)4]2+
	Zn ® ZnCl2 ® Zn(OH)2 ® [Zn(OH)4]2-® Zn(OH)2 ® ZnSO4
	Cr ® CrCl2 ® Cr(OH)2 ® Cr(OH)3 ® Cr2(SO4)3
	Na2CrO4 ® Na2Cr2O7 ® Cr2(SO4)3 ® Cr(OH)3 ® Сr2(SO4)3
	Cr(NO3)3 ® K2Cr2O7 ® K2CrO4 ® BaCrO4
	CuCl2 ® Cu(OH)2 ® Cu(NO3)2 ® [Cu(NH3)4]2+
	CrSO4 ® Cr(OH)2 ® Cr(OH)3 ® CrPO4

 

 

В задачах 111 – 115 pассчитайте массу KMnO₄, содержащегося в 100 мл раствора с заданной концентрацией. Плотность раствора примите равной 1 г/см³.

№№ п/п
Концентрация раствора	0,1 моль/л	0,2 моль экв/л	10 %	0,04 г/л	0,2 моль/л	0,05 г/л

 

 

В задачах 116 - 119 определите, какое из соединений: Me(OH)_x или (Me(OH))_xSO₄ является преимущественным продуктом гидролиза соли Me_x(SO₄)_y. Вывод подтвердите уравнениями реакций в молекулярной и ионно-молекулярной формах.

№№ п/п
Соль Mex(SO4)y	CuSO4	CdSO4	ZnSO4	Cr2(SO4)3
Продукт гидролиза Me(OH)x	Cu(OH)2	Cd(OH)2	Zn(OH)2	Cr(OH)3
Продукт гидролиза (Me(OH))xSO4	(Cu(OH))2SO4	(Cd(OH))2SO4	(Zn(OH))2SO4	Cr(OH)SO4

 

 

В задачах 120 - 123 определите, почему при введении в растворы нижеприведенных солей d -металлов сульфид- и карбонат - ионов выпадает осадок одинакового состава. Вывод подтвердите уравнениями реакций в молекулярной и ионно-молекулярной формах.

№№ п/п
Соль	CuCl2	CdCl2	ZnCl2	CrCl3

 

 

В задачах 124 – 129 составьте координационные формулы комплексных ионов. Приведите их названия.

№№ п/п	Ион-комплексообразователь	Лиганды	Координационное число
	Cr3+	H2O или NH3	3 и 6
	Cu2+	CN¯ или H2O
	Cu2+	Cl¯ или OH¯
	Mn2+	H2O или OH¯
	Zn2+	CN¯ или OH-
	Zn2+	NH3 или H2O